对接口进行ESD保护的实现方案

最新更新时间:2012-08-01来源: 21ic关键字:接口  ESD保护  实现方案 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  虽然片上ESD结构被用作极好的次要保护,但是它们通常对长期暴露在自由环境下的接口保护不足。

  “模拟域”部分将焦点放在IC、子系统和系统设计者面对的不断增长的电路设计挑战:接口ESD保护。沿着工业现有技术的轨迹,接口保护难度按两个趋势日益增加。首先,增加了处理速度和功能密度的需求,推动IC制造者进一步缩减MOS装置的最小尺寸。对给定的门绝缘体,设备原理上需要维持绝缘体厚度与横向尺寸成比例(参考文献1)。然而,较薄的绝缘体更容易受ESD的影响。

  其次,端口速度持续增加,特别是便携式多媒体设备的兴起。例如,1996年发布的USB 1.0提供12Mbps的接口。四年后,USB 2.0达到480 Mbps。今年Intel开发者论坛出现,但仍未发布的USB 3.0,用平行光纤电缆替代铜连接器达到4.8Gbps的连接速度。IEEE 802.3(以太网)和IEEE 1394(火线)或多或少显示了趋势。

  传统上,包括ESD分流结构,带标准互连焊盘单元的IC保护内部电路,避免ESD冲击设备引脚。如果其结构连接严格的抗ESD处理程序,对制造商而言,片上ESD保护板装配的IC安全是必要

 

的。虽然片上ESD结构被用做极好的次要保护,但是它们通常对长期暴露在自由环境下的接口保护不足。

 

  这些结构不足的原因有两部分:它们太小到不能吸收接口常出现的瞬态大能量,远离接口入口点放置,防止邻近轨迹的耦合。一旦I/O线的片上ESD单元开始工作,瞬态电流沿走线增加,引起走线感应,产生相应瞬态电压,Ldi/dt。邻近I/O走线的互感导体满足超过其自身片上ESD单元容量的瞬态现象。这些邻近轨迹包括时钟、数据或其他非端口信号(参考文献2)。

  装配TVS(瞬态电压干扰抑制器)到与入口点尽可能近,通过瞬态电流进入产品前分流ESD到地,来减少问题。这样做,用最小的附加费用,充分地增加了产品的鲁棒性。“如果手指接近节点,保护它”是一个好准则。尽管键帽是绝缘的,这个准则也应用到键区开关线。

  高速接口需要带特殊低旁路电容的TVS。检查销售商的产品线,特别是高速接口设备。如果不能找到设备的特定接口,与销售商明确提供的标准接口比较信号频率和源线特性。考虑TVS制造商的要求,确保理解特定设备的ESD源模型。例如,JEDEC HBM(人体模型)通过1.5kΩ resistor,使用100pF电容放电。测试模型的可重复性结果历史上就是关注区域(参考文献3)。IEC-61000-4-2标准的测试方法提升了可重复性,其源模型——150Ω后的150pF——使设计要求更苛刻。

  英文原文:

  Protecting interfaces from ESD

  Though on-chip-ESD structures serve as excellent secondary protection, they are usually insufficient to protect an interface over years of exposure in uncontrolled environments.

  By Joshua Israelsohn, Contributing Technical Editor -- EDN, 12/3/2007

  This installment of “Analog Domain” focuses on one of the growing circuit-implementation challenges that confronts IC, subsystem, and system designers alike: interface ESD protection. Two trends make interface protection increasingly difficult as we move along our industry’s current technology trajectory. First, increasing demands for processing speed and functional density have pushed IC fabricators to shrink further the minimum dimensions of MOS devices. For a given gate dielectric, device physics require maintaining the dielectric thickness in proportion to lateral dimensions (Reference 1). Thinner dielectrics, however, are more susceptible to ESD overstress.

 

  Second, port speeds continue to increase, particularly with the growing success of portable-media devices. As one example, the 1996 USB 1.0 release provided for 12-Mbps interfaces. Four years later, a USB 2.0 feed could reach 480 Mbps. The yet-unreleased USB 3.0, shown at this year’s Intel Developer Forum, trades copper interconnect for parallel fiber-optic cable to attain a 4.8-Gbps connection. IEEE 802.3 (Ethernet) and IEEE 1394 (Firewire) show the trend to a greater or lesser degree.

  Traditionally, ICs include ESD-shunting structures within their standard interconnect-pad cells, which protect the internal circuitry from ESD strikes to the device’s pins. The on-chip-ESD protection may be all that’s necessary to see an IC safely from its manufacturer to a board assembler if both organizations adhere to strict anti-ESD-handling procedures. Though on-chip-ESD structures serve as excellent secondary protection, however, they are usually insufficient to protect an interface over years of exposure in uncontrolled environments.

  The reasons these structures are insufficient are twofold: They are too small to absorb large energy transients that interfaces commonly experience in the field, and they reside too far away from the interface-entry point to prevent coupling to adjacent traces. Once an I/O line’s on-chip-ESD cell begins to conduct, a current transient develops along its trace, exciting the trace’s inductance, causing a corresponding voltage transient, Ldi/dt. Adjacent conductors with mutual inductance to the I/O trace see coupled transients that can exceed the capabilities on their own on-chip-ESD cells. These adjacent traces can include clock, data, or other nonported signals (Reference 2).

  Mounting TVSs (transient-voltage suppressors) as close to the entry point as possible alleviates this problem by shunting the ESD event to ground before transient currents develop inside your product. Doing so can add substantially to your product’s robustness with minimal additional cost. “If a finger can get close to a node, protect it,” is a good rule of … errrrr … thumb. This rule applies to keypad switch lines, too, despite their insulating keycaps.

 

  High-speed interfaces require TVSs with particularly low shunt capacitances. Check your vendor’s product line for devices built for specific high-speed interfaces. If you don’t find devices specifically for your interface, compare your signalin

 

g frequencies and source-and-line characteristics with those of interface standards that the vendor explicitly supports. When considering TVS manufacturers’ claims, be sure to understand which ESD source model they use when specifying their devices. The JEDEC HBM (human-body model), for example, uses a 100-pF capacitor discharging through a 1.5-kΩ resistor. The repeatability of the test method’s results has been historically an area of concern (Reference 3). The IEC-61000-4-2 standard’s test method promotes repeatability, and its source model—150-pF behind 150Ω—is more demanding of your design.

  References

  Sicard, Etienne and Syed Mahfuzul Aziz, “Application note on 45-nm technology,” Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, June 27, 2007.

  “Disadvantage of on-chip transient protection,” Application Note SI97-04, Semtech, September 2000.

  Verhaege, Koen, et al, “Recommendations to further improvements of HBM ESD component level test specifications,” Proceedings of the Electrical Overstress/Electrostatic Discharge Symposium, September 1996.

关键字:接口  ESD保护  实现方案 编辑:探路者 引用地址:对接口进行ESD保护的实现方案

上一篇:从以太中提取能量并为轻便系统供电的采集器
下一篇:从光源的辐射能量分析看灯具热试验的关注点

推荐阅读最新更新时间:2023-10-17 15:00

TMS320C54x DSP的以太网接口设计
摘要:介绍以太网控制器RTL8019AS的主要性能特点、引脚功能及寄存器,给出了利用RTL8019AS实现TMS320C54x DSP与以太网互连的接口电路,接口方式为跳线模式。通过该接口可实现DSP与DSP或DSP与PC机间的网络互连。 关键词:以太网 DSP 接口 以太网产品供应商多、用户组网方便、费用低。以太网是当今最受欢迎的局域网之一,而数字信号处理器(DSP)正加速进入嵌入式应用领域,如何将DSP与以太网连接起来,实现DSP与DSP或DSP与计算机间的网络互连显得非常重要。 目前还未见到自带以太网接口的DSP,本文介绍以太网控制器RTL8019AS的主要特点、性能及操作方法,并给出TMS320C54x DSP (
[应用]
光传感器与微处理机间的接口电路图
光传感器与微处理机间的接口电路图
[模拟电子]
光传感器与微处理机间的<font color='red'>接口</font>电路图
W78E58与MAX1247/MAX525接口及软件设计
    摘要: 介绍应用MAX1247、MAX525与单片机构成的4入、4出A/D和D/A测控系统,并给出详细的编程软件、使用者可以将该软件直接嵌入自己的应用系统中。     关键词: A/D、D/A接口 单片机 接口软件 MAX1247是4通道模拟输入12位串行输出A/D转换器,MAX525是4通道模拟输出12位串行输入D/A转换器。这两种芯片特性有很多相似之处,可以和单睡机构成一个完整的4通道测控系统。由于是串入、串出,解决了单片机口线资源不足的缺点,适当的选择外围电路,能取代工控机组成的测控系统。 一、两种芯片的主要特性 (1)单电源供电,MAX1247电源从+2.7~+5.25V,MAX52
[应用]
IMT-Advanced无线接口技术的研究
  现阶段,新一代无线通信技术已是世界范围内的研究热点,其标准制定工作也在I-TU的率领下如火如荼地进行着,各国都积极地参与并提议,希望促进IMT-ADVanced全球标准化工作。新一代无线通信系统会在不久的将来给人类带来全新优质的通信,已成为大家的共识。下面我们从空中接口网络结构、无线信号传输的编码调制技术、多址技术、多天线技术、空中接口同步技术、无线链路自适应技术等方面介绍IMT-Advanced可能的技术发展趋势。   一、空中接口网络结构   新一代无线通信系统的网络结构将是一个以移动IP为核心,结合多种接入方式,支持全球漫游、QoS、随时随地接入并能在不同接入网间无缝漫游的无线异构网。该网络还具备较强的后向兼容性
[嵌入式]
Microchip最新集成SPI接口的非易失性数字电位器
全新7位及8位器件可应用于更广泛的工业温度范围 全球领先的单片机和模拟半导体供应商——Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)宣布推出 MCP4141/2、MCP4241/2、MCP4161/2及MCP4261/2 (MCP41XX/42XX) 非易失性数字电位器。全新7位及8位器件集成了串行外设接口 (SPI),适用于零下40至125摄氏度更广泛的工业温度范围。此外,新器件还备有多种符合工业标准的封装,包括深受欢迎的 3 x 3毫米DFN封装。 与机械式电位器相比,MCP41XX/42XX 器件的不同之处在于它可通过SPI接口实现数字控制,有助于提高系统的精度、灵活性及生产能力,并降低制
[新品]
带USB接口的短信收发最小系统设计
  短信息服务是移动网络上一种基本无线业务,是信息在移动网络上储存和转寄的过程。但是用常见的手机编辑短信息不方便,输入和显示都有局限,当然不适合工业应用,用PC机就不存在这些问题。而这种短信收发系统一般是基于RS〖CD*2〗232串行总线的,不仅安装麻烦,而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制,不可能挂接很多设备。在一些电磁干扰性强的测试现场,无法专门对其做电磁屏蔽,导致信息的失真。本设计以GSM网络作为数据无线传输网络,选用支持GSM网络的模块TC35i和带有USB接口的单片机开发而成。   1 系统的结构特点和主要器件   本系统主要由短信收发模块和兼有监控实现USB接口双重功能的单片机组成,即西门子公司的T
[单片机]
带USB<font color='red'>接口</font>的短信收发最小系统设计
DSP核信号采集系统通讯接口设计
   0.引言   随着数字信号处理技术理论的不断发展,数字信号处理器的发展也是日新月异。不仅执行指令速度越来越快,而且其功耗也越来越低。许多仪器或检测设备都不约而同地将DSP应用到那些数据量庞大而且需实时传送数据的系统中。核信号数据采集系统也不例外,利用DSP 可以实时有效地处理采集的信号,并将处理数据发送至上位机进行进一步处理。通常数据采集系统下位机与上位机的通讯采用串口方式,这种方式不仅协议简单,而且连接方便。但是这种方式的数据传送速率不高,而USB 总线接口具有方便快捷、支持即插即用、可实现高速数据通讯等优点,在很多领域得到广泛应用。USB 总线接口在USB1.1 协议下传输速率可达12Mbps ,USB2.0 协议
[嵌入式]
便携式应用中的音频接口
针对不同的数字音频子系统,催生出几种微处理器或DSP(数字信号处理器)与音频器件间用于数字转换的接口。受系统实际性能的限制,通常情况下接口的选择取决于音频通道数目、数据处理及采样率等参数。对便携式系统来说,功率耗散与物理器件的尺寸通常是同等重要的。本文将介绍目前市场中存在的几种音频接口规格。 PCM规格 最简单的音频接口之一是所谓的PCM(脉冲编码调制)接口。严格地说,所有数字信号进行传输都要经过PCM,并且需要仔细参照用于数字电话的单声道机制。PCM接口由时钟脉冲(BCLK)、帧同步信号(FS)及数据队列组成,每个PCM对应一个将要接收或将要发送的数据。 在FS信号的上升沿,数据传输从MSB(Most Significan
[手机便携]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved